专利名称：三维形状测定装置用探测器及三维形状测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及以高精度及低测定力扫描测定三维形状的三维形状测定装置用探测 器及具备该探测器的三维形状测定装置。
背景技术：
作为能够测定测定物的外侧面、内侧面及孔径等的现有的三维形状测定装置用探 测器(以下，称为探测器。)，有专利文献1所公开的探测器。图24及图25示出专利文献 1所公开的探测器的结构。图24及图25的探测器301具备安装在三维形状测定装置(以下，称为形状测定 装置。)401上的安装用部件302、摆动部303及连结机构304。摆动部303具备臂322，该 臂322在下端具有触针321。而且，摆动部303的中心部上固定有反光镜323，该反光镜323 接受形状测定装置401发出的测定用激光411。通过连结机构304，将摆动部303连结成能 够相对于固定的部件即安装用部件302摆动。连结机构304具备安装用部件302所具备 的载置台341 ；在该载置台341上形成的圆锥槽341a内嵌入尖端的摆动部303侧的支点部 件342。摆动部303能够以支点部件342的尖端与圆锥槽341a的接触部分为摆动中心摆 动。由于摆动部303的摆动，臂322在水平方向(图中X、Y方向)上能够倾斜自如。在摆动部303的上部，四个可动侧磁铁351等间隔地安装在同一半径上。而且，四 个固定侧磁铁352分别位于可动侧磁铁351的铅垂方向下侧而成对安装在安装用部件302 上。可动侧磁铁351和固定侧磁铁352固定在相互吸引力对各个对起作用的方向上。摆动 部303向水平方向倾斜时，可动侧磁铁351与固定侧磁铁352的距离变远，由于磁铁的性 质，复位力在使一对磁铁相互接近的方向上起作用。其结果，返回倾斜方向的复位力对摆动 部303整体起作用。同样地，摆动部303以支点部件342的尖端为中心而绕铅垂轴旋转时， 在可动侧磁铁351与固定侧磁铁352之间的磁力的作用下，回复旋转的方向的复位力对摆 动部303起作用。在所述磁复位力的作用下，非测定时的摆动部303被保持成臂322的延 伸方向与铅垂方向一致的姿态。测定物360的被测定面361的形状测定是相对于被测定面361以微小的按压力 (测定力)按压触针321的前端而进行的。该测定力如下所述产生。以使触针321与被测 定面361接触的状态使安装用部件302向测定物360侧稍微移动时，摆动部303倾斜。摆动 部303倾斜时，在可动侧磁铁351与固定侧磁铁352的吸引力的作用下，产生使摆动部303 向臂322沿铅垂方向延伸的初始状态的中立位置复位的复位力。在该磁复位力的作用下， 产生相对于被测定面361按压触针321的测定力。通常，形状测定装置使触针321与测定物360的被测定面361接触，一边控制使测 定力大致恒定，一边使探测器301沿测定物360的被测定面361进行相对移动，从而测定、 运算被测定面361的表面形状。具备图24及图25所示的探测器301的形状测定装置401 的情况下，一边使探测器301沿被测定面361移动，一边将测定用激光411向固定在摆动部 303上的反光镜323照射，根据其反射光，测定反光镜323的略微的倾斜即触针321的位置变化。通过图24及图25所示的探测器301，能够高精度地测定测定物360的沿铅垂方 向或大致铅垂方向延伸的面(铅垂面)。然而，包含该探测器301所具备的触针321在内 的摆动部303虽然在水平方向上能够摆动，但是在铅垂方向上不可动。如上所述，在该探测 器301中，通过使摆动部303倾斜而产生测定力。因此，如图24所示的测定物360的顶端 面那样，在使测定力起作用的状态下，无法使触针321接触测定物360的沿水平方向或大致 水平方向延伸的面(水平面)。如此，在图24及图25所示的探测器301中，无法进行测定 物360的水平面的形状测定。作为能够测定水平面和铅垂面这两者的探测器，有专利文献2所公开的探测器。 图26示出专利文献2所公开的探测器的结构。图26所示的探测器403具有安装在形状测定装置上的安装部402 ；外周固定在 该安装部402上的两张薄板423 ；上端侧固定在两张薄板423的中央且下端具备触针421 的臂422 ；固定在臂422的上端面上的反光镜423。臂422在薄板423产生弹性弯曲的作用 下能够进行水平方向的摆动和铅垂方向的移动这两者。因此，在该探测器403中，无论是相 对于铅垂面还是水平面，都能够在使测定力起作用的状态下使触针421与它们接触。根据 从形状测定装置照射的测定用激光411的反射光，测定反光镜423的摆动角度和移动量，由 此，无论是水平面还是铅垂面，都能够进行形状测定。为了进行高精度的形状测定，需要减小相对于被测定面按压触针的测定力。图26 所示的探测器403的情况下，为了减小测定力，需要使薄板423的厚度变薄而减小与臂422 的摆动及铅垂方向的移动相对的薄板423的刚性。然而，若使薄板423的厚度变薄而降低 刚性，则铅垂面测定时作用于触针421的测定力的反作用力的水平分量使薄板423沿水平 方向变形。伴随该薄板423的水平方向的变形，臂422的上端面上固定的反光镜423也沿 水平方向位移而产生测定误差。为了缩小测定力而使薄板423变得越薄，薄板423的刚性 不足引起的铅垂面测定时的反光镜423的水平方向的位移就越大。如此，在图26的探测器 403中，为了进行高精度的形状测定，无法兼顾缩小按压力和防止铅垂面测定时的测定误差 这两者。专利文献1 国际公开第2007/135857号专利文献2 日本特开2008-292236号公报

发明内容
本发明的目的在于，在三维形状测定装置用探测器及三维形状测定装置中，对于 铅垂面及水平面都能够以小测定力进行测定，并且减少铅垂面测定时的测定力的反作用力 的水平分量引起的探测器自身的变形，实现高精度的测定物的形状测定。本发明的三维形状测定装置用探测器具备臂支承部，其将在下端配置有与测定 物的被测定面接触的触针的臂安装成垂下，并且安装有反光镜；弹性部，其安装所述臂支承 部，在弹性变形的作用下使所述臂支承部沿铅垂方向进行微小移动，且水平方向的刚性比 铅垂方向的刚性大；摆动部，其保持所述弹性体；安装部，其安装在三维形状测定装置上； 连结机构，其具备设置在所述摆动部上的支点部和设置在所述安装部上而载置所述支点部 的载置部，将所述摆动部连结在所述安装部上，使所述摆动部能够以所述支点部为支点摆动；施力机构，其具备设置在所述摆动部上的可动侧部件和设置在所述安装部上而相对于 所述可动侧部件在铅垂方向上隔开间隔相对向的固定侧部件，所述可动侧部件和所述固定 侧部件产生磁吸引力，通过该磁吸引力对所述摆动部施力以使所述臂朝向铅垂方向。安装有具备触针的臂的臂支承部隔着弹性部保持在摆动部上。摆动部通过连结机 构与安装部连结。摆动部在连结机构的作用下能够摆动，被施力机构施加磁性力以使臂朝 向铅垂方向。测定测定物的在铅垂方向或大致铅垂方向上延伸的面(铅垂面)时，由于摆 动部摆动，而臂与臂支承部一起倾斜，由于施力机构产生的磁吸引力作用于摆动部，因此测 定力从触针对被测定面产生作用。另一方面，测定测定物的在水平方向或大致水平方向上 延伸的面(水平面)时，由于弹性部发生弹性变形而臂与臂支承部一起沿铅垂方向向上移 动，由于弹性部产生的弹性的作用力作用于臂支承部，因此测定力从触针对被测定面产生 作用。因此，本发明的三维形状测定装置用探测器能够进行铅垂面和水平面这双方的形状 测定。铅垂面测定时的测定力是在连结部的作用下与安装部连结成能够摆动的摆动部 被施力机构施加磁吸引力而产生的。因此，能够通过小测定力进行铅垂面的形状测定。水平面测定时的测定力是弹性部发生弹性变形所产生的弹性力对臂支承部施力 而产生的。弹性部的铅垂方向的刚性只要能够支承下端配置有触针的臂和臂支承部的重量 的程度即可。即，弹性部所必需支承的重量轻。因此，能够减小弹性部的铅垂方向的刚性， 减小由弹性部的弹性变形产生的作用力。因此，能够以小测定力进行水平面的形状测定。如上所述，本发明的三维形状测定装置用探测器对铅垂面及水平面都能够以小测 定力进行高精度的测定。弹性部的水平方向的刚性比铅垂方向的刚性大。通过将水平方向的刚性设定为充 分大，能够减少铅垂面测定时作用于触针的测定力的反作用力的水平分量引起的弹性部的 水平方向的变形，从而高精度地测定测定物的铅垂面的形状。例如，所述弹性部由单一的板簧构成。通过使弹性部由板簧构成，能够将水平方向的刚性设定为大于铅垂方向的刚性。优选，所述弹性部具备上下方向隔开间隔配置的两个以上的板簧。通过使弹性部由两个以上的板簧构成，能够将水平方向的刚性设定为大于铅垂方 向的刚性。特别优选，所述触针、所述支点部及所述反光镜配置在同一轴上，所述反光镜配置 在比所述触针及所述支点部靠上方，相对于所述支点部载置在所述载置部上的位置，构成 所述弹性部的所述两个板簧的一个配置在下方而另一个配置在上方。铅垂面测定时，由于作用于触针的测定力的反作用力的水平分量，而构成弹性部 的两个板簧产生水平方向的微小变形的情况下，与臂长相对应，两个板簧的变形产生的触 针的旋转中心的位置不同。然而，通过以上下隔着支点部的方式配置两个板簧，而使两个板 簧的变形产生的旋转中心成为支点部的尖端附近。其结果，能够减少测定力的反作用力的 水平分量产生的两个板簧的变形所引起的测定误差。特别优选，以在大致均等的位置上下 隔着支点部的尖端的方式配置构成弹性部的两个板簧。所述板簧具备安装所述臂支承部的中心部；从该中心部呈放射状延伸而前端固 定在所述摆动部上的多个梁状部。
通过该结构，能够增大水平方向的多个方向的弹性部的刚性。尤其是，通过等角度 间隔地设置多个梁状部，能够在水平方向的全部方向上将弹性部的刚性设定为大。例如，以 俯视为十字形状的方式将四个梁状部从中心部呈放射状设置。或者，所述板簧具备安装所述臂支承部的中心部；固定在所述摆动部上的外周 部；分别连结所述中心部与所述外周部的非直线状的连结部。通过该结构，通过安装所述臂支承部的中心部和增长从该中心部到摆动部的路 径，能够更加减小铅垂方向的刚性。也可以具备粘弹性体，该粘弹性体安装在所述板簧上且具有与所述板簧的振动特 性相吻合的形状。由于测定面的特性或测定装置自身的振动等影响，会发生由弹性部的低刚性引起 的振动，从而存在产生测定误差的情况。通过将粘弹性体安装在板簧上，能够抑制成为测定 误差的原因的振动。所述可动侧部件与所述固定侧部件都由永久磁铁构成，以异极相互相对向的方式配置。作为代替方案，所述可动侧部件和所述固定侧部件的一方由永久磁铁构成，另一 方由磁性体构成。所述连结机构的所述载置部在上部具备圆锥槽，所述连结机构的所述支点部由向 铅垂方向下方突出的针状的突起构成，以所述圆锥槽的最深部与所述支点部的尖端的接触 部为摆动中心，将所述摆动部在所述安装部上连结成能够摆动。所述臂支承部的中央设有横向延伸的贯通孔，所述连结机构的所述载置部贯通所 述贯通孔而延伸。所述摆动部具备相对于所述支点部向所述触针的相反侧延伸的延伸部；设置在 所述延伸部的前端侧而保持所述可动侧部件的可动侧保持部，所述安装部具备筒状的主 体；在该主体内相对于所述可动侧保持部设置在所述支点部侧而保持所述固定侧部件的固 定侧保持部。具体来说，所述可动侧保持部构成为环状，其下表面侧相互隔开间隔保持多个所 述可动侧部件，所述固定侧保持部保持分别配置在与各个所述可动侧部件在铅垂方向上相 对向的位置上的多个所述固定侧部件。本发明的三维形状测定装置具备在所述臂支承部上具有反射测定用激光的反光 镜的上述三维形状测定装置用探测器；激光产生部，其产生所述测定用激光；测定点信息 决定部，其基于通过所述反光镜反射所述测定用激光而成的反射光，求出测定物的被测定 面的测定点的位置信息。所述测定点信息决定部具备倾斜角度检测部，其根据所述反射光，检测所述摆动 部的倾斜角度；触针位置运算部，其将由所述倾斜角度检测部得到的角度信号变换为所述 触针相对于所述安装部的位移量；位置坐标测定部，其根据所述反射光，求出所述测定点相 对于所述安装部的位置坐标值；加算部，其在所述位置坐标值中加上所述触针的位移量，求 出所述测定点的位置信息。所述倾斜角度检测部具有接受(受光t 3 )所述反射光的光检测器，该光检测器 具有一个受光面，该受光面划分成多个分别独立地进行光电变换的受光区域。
发明效果根据本发明的三维形状测定装置用探测器及三维形状测定装置，对铅垂面及水平 面都能够以小测定力进行测定，且能够减少测定力的反作用力的水平分量引起的弹性部的 水平方向的变形，因此能够以高精度测定测定物的形状。


图1是本发明的实施方式的三维形状测定用探测器的立体图。图2是图1的三维形状测定用探测器的仰视图。图3是以B-B面剖开图1的三维形状测定用探测器时的立体图。图4是以A-A面剖开图1的三维形状测定用探测器时的立体图。图5是图1的三维形状测定用探测器的俯视图。图6是示出固定侧保持部件的结构的图。图7是以C面剖开图1的三维形状测定用探测器时的立体图。图8是对使用长方形的板簧时的三维形状测定用探测器以C面剖开时的立体图。图9是代替方案的三维形状测定用探测器的立体图。图10是图9的纵向剖面图。图11是以A-A面剖开图9的代替方案的三维形状测定用探测器时的立体图。图12是以B-B面剖开图11的代替方案的三维测定用探测器时的立体图。图13是示出具备图1所示的探测器的形状测定装置的一例的图。图14是示出图13所示的形状测定装置所具备的测定点信息决定部的结构的图。图15是图13所示的测定点信息决定部所具备的倾斜角度检测部的俯视图。图16是用于说明对所述倾斜角度检测部照射来自探测器的反射光的状态的图。图17是用于说明以图1所示的探测器进行被测定面的测定时的探测器的倾斜角 度的图，是以俯视图表示测定物的图。图18是用于说明以图1所示的探测器进行被测定面的测定时的探测器的倾斜角 度的图，是以侧视图表示测定物的图。图19是图1所示的探测器的板簧为一个时的弯曲的示意图。图20是图1所示的探测器的板簧为两个时的弯曲的示意图。图21A是示出两个板簧都位于比支点部件的尖端靠上方的结构的示意图。图21B是示出两个板簧以隔着支点部件的尖端的方式位于上下方向的结构的示 意图。图22是以图1所示的探测器能够测定的测定物的一例的立体图。图23是图22所示的测定物的剖面图。图24是现有的形状测定装置用探测器的一例的立体图。图25是以对称面剖开图24的形状测定装置用探测器时的立体图。图26是现有的形状测定装置用探测器的另一例的立体图。符号说明1三维形状测定装置用探测器2安装用部件
2a小径部2b大径部3摆动部4连结机构5密闭板5a激光用贯通孔5b摆动用贯通孔6支承轴9、9A、9B 板簧9a中心部9b梁状部9c贯通孔11下部件12上部件12a贯通孔13A、13B 间隔件14 螺钉15按压弹簧16测微计17聚焦透镜41载置台41a 圆锥42支点部件43 螺钉51可动侧磁铁52固定侧磁铁60测定物120臂安装部120a 下梁部120b 上梁部120c 纵梁部121角虫针122 臂123反光镜128可动侧保持部133固定侧保持部件201三维形状测定装置211He_Ne 激光220测定点信息决定部
222倾斜角度检测部
223触针位置运算部
224位置坐标测定部
225加算部
226反光镜位置倾斜检测部
227半导体激光
228上下位置检测部
229激光
309A、309B 板簧
309a中心部
309b外周部
309c连结部
309d圆环带状部
309e、309f架桥部
313A、313B、313C 间隔件
320臂安装部
320a下侧板部
320b上侧板部
320c纵杆
325A、325B弹簧按压件
326、327、328 螺钉
具体实施例方式以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式的三维形状测定装置用探测器(以 下，称为探测器)和三维形状测定装置(以下，称为形状测定装置)。首先，参照图1至图8，说明探测器1。图1是示出探测器1的外观的立体图。图 2是从铅垂下方观察图1的图。图3是图1的以B-B面剖开探测器1时的立体图。图4是 图1的以A-A面剖开探测器1的立体图。图5是从铅垂上方观察图1的图。图6至图8是 示出探测器1的局部的详细情况的图。形状测定装置201具备探测器1，该探测器1具有与成为测定对象的测定物60的 被测定面61a、61b接触的部分。在图24及图25所示的现有的探测器301中，臂322具有 在X、Y方向的任何水平方向上都能够倾斜的结构，但是在铅垂上下方向上无法移动，与此 相对，本实施方式的探测器1具有臂122在铅垂上下方向上也能够移动的结构。探测器1具备安装用部件(安装部)2、摆动部3及连结机构4。安装用部件2是固定在形状测定装置201上，而且安装成能够装卸的块部件。相 对于摆动部3的摆动，安装用部件2是固定的部件，能够使从形状测定装置201照射的测定 用激光211通过，且在中央部具有贯通该安装用部件2的激光用开口 111。安装用部件2在 图中具备上部的小径部2a和其下侧的大径部2b。激光用开口 111以贯通小径部2a和大径 部2b的方式设置。大径部2b的最下端由密闭板5密闭。密闭板5上形成有一个激光用贯通孔5a和两个摆动用贯通孔5b。而且，设有从密闭板5的下表面向下突出的一对支承轴 6。支轴部6的下端侧通过螺钉43固定有在水平方向上延伸的棱柱即载置台41的端部。摆动部3与安装用部件2由连结机构4连结。连结机构4是在与照射到下述反光 镜123上的测定用激光211的光轴211a交叉的任何方向上都能够使摆动部3倾斜摆动的 方式将摆动部3支承在安装用部件2上的机构。此外，在本实施方式中，光轴211a与铅垂 方向即Z轴方向一致。在本实施方式中，连结机构4包括隔着支承轴6和密闭板5固定在安装用部件3 上的载置台41 ；摆动部3所具备的支点部件42。载置台41的上表面上形成有圆锥形的槽 41a，由向铅垂方向下方突出的针状的突起构成的支点部件42的尖端嵌入到该槽41a内。在 进行两者的嵌入时，支点部件42的尖端位置与载置台41的圆锥槽最下点接触。通过此种 结构，摆动部3与安装用部件2被连结成以支点部件42与圆锥槽41a的接触部分为摆动中 心能够摆动。此外，摆动部3优选构成为，在支点部件42嵌入到载置台41的槽41a而进行 连结时，使重心位于通过支点部件42的前端的铅垂轴上，以使臂122朝向铅垂方向。摆动部3对安装有臂安装部(臂支承部)120的两个板簧(弹性部)9A、9B进行保 持。即，在臂安装部120与摆动部3之间夹设有板簧9A、9B。本实施方式中的臂安装部120具备下梁部120a ；隔开间隔配置在该下梁部120a 的上方的上梁部120b ；将下梁部120a与上梁部120b的两端连结的一对纵梁部120c。臂 122安装在臂安装部120的下梁部120a的下表面上而垂下，该臂122在下端具有与测定物 60的被测定面61a、61b接触的触针121。而且，反光镜123安装在臂安装部120的上梁部 120b的上表面上，该反光镜123对通过了安装用部件2的测定用激光211进行反射。触针 121、支点部件42的尖端及反光镜123配置在同一轴(臂122的轴线)上。测定用激光211 经由安装用部件2的激光用开口 111、激光用贯通孔5a、和下述贯通孔12a、9c而向反光镜 123入射，该反射光探索相反的路径。如下所述，臂安装部120是对应于与被测定面61a，61b 的形状相应的触针121的位移，而相对于安装用部件2进行摆动及沿铅垂方向上下移动的 部件。臂安装部120的中央形成有由下梁部120a、上梁部120b及纵梁部120c围成的水 平方向的贯通孔124。连结机构4的载置台41沿水平方向贯通该贯通孔124而延伸。此外，在本实施方式中，触针121是具有例如约0. 03mm 约2mm的直径的球状体， 作为一例，臂122是粗约0. 7mm、从臂安装部120的下表面到触针121的中心的长度约IOmm 的棒状的部件。所述值根据被测定面61的形状适当变更。摆动部3具备下部件11、上部件12、延伸部127及可动侧保持部128。摆动部3的下部件11贯通臂安装部120的贯通孔124，且配置为相对于臂安装部 120为非接触。而且，下部件11同样地隔开间隔配置在贯通贯通孔124的载置台41的上 方。上部件12隔开间隔配置在下部件11的上方，并相对于臂安装部120的上梁部120b隔 开间隔配置在上方。本实施方式的下部件11和上部件12俯视呈十字形状。下部件11的 下表面上以尖端朝向铅垂方向下方的姿态安装有支点部件42。支点部件42的尖端嵌入到 贯通贯通孔124而延伸的载置台41的圆锥槽341a内。摆动部3的下部件11与上部件12之间保持有分别沿水平方向延伸的两个板簧 9A、9B。参照图1的以C面剖开的立体图即图7时，板簧9A、9B具备中心部9a和俯视时从该中心部9a以90度的角度间隔呈放射状延伸的四个梁状部％。板簧9A、9B的各个梁状部 9b的前端之间夹设有间隔件13A。而且，下侧的板簧9A的梁状部9b的前端的下表面与摆动 部3的下部件11之间，及上侧的板簧9B的梁状部9b的前端的上表面与摆动部3的上部件 12之间也分别夹设有间隔件13B。通过四根螺钉14将下部件11固定在上部件12上。板 簧9A、9B的梁状部9b的前端隔着间隔件13A、13B相对于下部件11和上部件12由螺钉14 一起紧固。板簧9A、9B除梁状部9b的前端之外都不与下部件11和上部件12接触，且板簧 2A、2B彼此也互相不接触。S卩，板簧9A、9B除梁状部9b的前端之外以所谓漂浮的状态由摆 动部3保持。下侧的板簧9A配置成贯通臂安装部120的贯通孔124，上侧的板簧9B位于臂安 装部120的上梁部120b的上方。所述板簧9A、9B的中心部9a上固定有臂安装部120。具 体来说，臂安装部120的上梁部120b的下表面固定在下侧的板簧9A的中心部9a的上表面 上，上表面固定在上侧的板簧9B的中心部9a的下表面上。通过使板簧9A、9B产生弹性弯 曲，臂安装部120能够相对于摆动部3沿铅垂方向进行微小移动。摆动部3的上部件12和 上侧的板簧9B的中心部9a上形成有贯通孔12a、9c，所述贯通孔12a、9c用于使测定用激光 211向安装在臂安装部120的上框部120b上的反光镜123入射。如图8所示，板簧9A、9B也可以是沿水平方向延伸的长方形状。而且，也可以是沿 水平方向延伸的单一的板簧。而且，也可以是组合直线、曲线而从板簧的中心部9a到外周 的固定部的路径长的形状。进而，也可以将三个以上板簧沿铅垂方向相互隔开间隔配置。此 外，也可以取代板簧而采用沿水平方向延伸的金属丝。如此，只要夹设在摆动部3与臂安装 部120之间的弹性部(本实施方式中的板簧9A、9B)通过产生弹性弯曲而使臂支承部沿铅 垂方向进行微小移动，且水平方向的刚性比铅垂方向的刚性充分大即可，可以采用各种形 态。上部件12的上表面上设有沿铅垂方向向上延伸的一对延伸部127。所述延伸部 127通过密闭板5的摆动用贯通孔5b而延伸到安装用部件2内。摆动用贯通孔5b的孔径 设定为比延伸部127的外径充分大，即使摆动部3倾斜，延伸部127也不与密闭板5接触。位于安装用部件2内的延伸部127的上端设有本实施方式中的环状的部件即可动 侧保持部128。如图5所示，在可动侧保持部128上，可动侧部件的一例即可动侧磁铁51在 同一半径上等间隔地设置在四处。另一方面，安装用部件2的大径部2b的内部收容有固定 侧保持部件133，该固定侧保持部件133安装固定侧部件的一例即固定侧磁铁52。如图6 所示，固定侧保持部件133具备环状构成的环部1331和设置在环部1331的内周部的四个 突出部1332。突出部1332保持固定侧磁铁52，等间隔且同心圆状设置。而且，突出部1332 相对于可动侧保持部128位于铅垂方向下侧。由摆动部3的可动侧保持部128保持的各个可动侧磁铁51和由安装用部件2的 固定侧保持部件133保持的各个固定侧磁铁52在铅垂方向即Z轴方向上隔开间隔相对向 而以成对的位置关系配置。可动侧磁铁51与固定侧磁铁52固定在使各对的吸引力相互作 用的方向上。在本实施方式中，全部的磁铁51、52固定成上为N极、下为S极。此外，相邻 的可动侧磁铁51与固定侧磁铁52的对之间，也可以使磁铁的方向不同。例如，也可以是一 个可动侧磁铁51和固定侧磁铁52的一对中上为N极、下为S极，而与其相邻的可动侧磁铁 51和固定侧磁铁52的一对中上为S极、下为N极。
固定侧保持部件133收容在沿水平方向能够移动的安装用部件2的大径部2b内。 具体来说，固定侧保持部件133的上端面与小径部2a的下端面进行滑动接触，而下端面与 密闭板5的上表面进行滑动接触。安装用部件2的大径部2b上收容有分别在Y方向及X 方向上对固定侧保持部件133施力的两个按压弹簧15(图3中仅示出Y方向的按压弹簧 15。)。而且，安装用部件2的大径部2b上安装有与按压弹簧15相对向的两个测微计16。 固定侧保持部件133的外周被按压弹簧15弹性地按压在所述测微计16的主轴的前端。通 过使测微计16的主轴进退，能够在安装用部件2的大径部2b内对固定侧保持部件133的 水平方向(X、Y方向)的位置进行微调。如上所述构成的本实施方式的探测器1如下所述进行动作。利用摆动部3具备的可动侧磁铁51与安装用部件2具备的固定侧磁铁52的吸引 力，对摆动部3向铅垂方向下方施加磁性力。因此，摆动部3具备的铅垂方向下方的支点部 件42的尖端维持为与载置台41的圆锥槽41a中心相接的状态，从而防止摆动部3相对于 安装用部件2的错位等。摆动部3以支点部件42的尖端为中心向水平方向倾斜时，可动侧磁铁51与固定 侧磁铁52的距离变远，由于磁铁的性质，复位力沿使一对磁铁51、52相互接近的方向起作 用。其结果，返回倾斜的方向(使臂122成为在铅垂方向上延伸的中立位置的方向)的磁 复位力对摆动部3整体起作用。同样地，摆动部3以支点部件42的尖端为中心绕铅垂轴旋 转时，在可动侧磁铁51与固定侧磁铁52之间的磁力的作用下，回复旋转的方向的磁复位力 对摆动部3起作用。在所述磁复位力的作用下，非测定时的摆动部3保持为使臂122的延 伸方向与铅垂方向一致的姿态。隔着在水平方向上延伸的板簧9A、9B安装在摆动部3上的臂安装部120由于板簧 9A、9B发生弹性变形而沿铅垂方向能够进行微小移动。在非测定时，由于臂安装部120、臂 122及触针121的重量，板簧9A、9B在重力方向上成为弯曲状态，臂122从处于该弯曲状态 的板簧9A、9B经由臂安装部120向铅垂方向下方延伸。测定测定物的在铅垂方向或大致铅垂方向上延伸的面(铅垂面图1的测定物60 的被测定面61a)的形状时，向被测定面按压触针121的测定力如下所述得到。在使触针 121与被测定面61a接触的状态下使安装用部件2向测定物60侧沿水平方向略微移动时， 由于摆动部3以支点部件42的尖端为中心倾斜，因而臂122向水平方向倾斜。摆动部3倾 斜时，在摆动部3上设置的可动侧磁铁51与安装用部件2上设置的固定侧磁铁52之间的 磁吸引力的作用下，产生使摆动部3向臂122沿铅垂方向延伸的初始状态的中立位置复位 的复位力。在该磁复位力的作用下，触针121被以规定的测定力相对于被测定面61按压。如此，铅垂面测定时的测定力通过以可动侧及固定侧磁铁51、52的磁吸引力对利 用连结机构4在安装用部件2上连结成能够摆动的摆动部3施力而产生。因此，本实施方 式的探测器1能够以小测定力进行铅垂面的形状测定。而且，铅垂面测定时的测定力能够 通过可动侧磁铁51与固定侧磁铁52的磁力及两者的间隔进行调整。例如可动侧磁铁51 与固定侧磁铁52的磁力设为0. 3mN。在本实施方式中，以利用0. 3mN按压触针121的前端 时使前端的位移为10 μ m的方式，设定可动侧磁铁51与固定侧磁铁52的磁力和距离。测定测定物的在水平方向或大致水平方向上延伸的面(水平面图1的测定物60 的被测定面61b)的形状时，将触针121按压到被测定面上的测定力如下所述得到。如上所述，被测定时安装有臂安装部120的板簧9A、9B由于臂安装部120的重量而向铅垂方向下 方弯曲。在使触针121与被测定面61a接触的状态下使安装用部件2向测定物60侧在铅 垂方向上略微移动时，板簧9A、9B的弯曲量变小。以在该板簧9A、9B的弯曲量的变化量上 乘以板簧9A、9B的铅垂方向的弹簧系数的测定力将触针121按压到被测定面61b上。如此，水平面测定时的测定力通过利用板簧9A、9B弯曲产生的弹性力对臂安装部 120施力而产生。板簧9A、9B的铅垂方向的刚性为能够支承板簧9A、9B所支承的臂安装部 120、臂122及触针121的重量的程度即可。即，板簧9A、9B所必需支承的重量轻。因此，减 小板簧9A、9B的铅垂方向的刚性，而能够减小板簧9A、9B的弹性变形产生的作用力。因此， 本实施方式的探测器1能够以小测定力进行水平面的形状测定。如上所述，本实施方式的探测器1对于铅垂面及水平面都能够以小测定力进行高 精度的测定。在水平方向上延伸的板簧9A、9B的水平方向的刚性比铅垂方向的刚性充分大。因 此，在铅垂面测定时能够实质性地消除作用在触针121上的测定力的反作用力的水平分量 引起的板簧9A、9B的水平方向的变形及伴随该变形的反光镜123的水平方向的位移。如此， 本实施方式的探测器1通过实质性地消除测定力的反作用力的水平分量引起的反光镜123 的位移而能够高精度地测定测定物60的铅垂面的形状。图9至图12表示探测器1的代替方案。图9是示出代替方案的探测器1的外观 的立体图，图10是其纵向截面。图11示出代替方案的探测器1的下侧部分(比图9的A-A 面靠下侧部分)。图12示出图11的以B-B面剖开的状态。代替方案的探测器的结构中图 9至图12未图示的部分与图1至图7所示的探测器1相同。在图9至图12中，对与图1至 图7相同的要素附加同一符号。在图10及图11中，粘弹性体330A、330B未图示。两个板簧309A、309B为形成有多个冲孔的薄厚的圆板状。具体来说，各个板簧 309A、309B通过大致圆板状的中心部309a、隔开间隔包围该中心部309a的周围的圆环带状 的外周部309b及连结中心部309a与外周部309b的连结部309c连结而成。图9至图12 中的连结部309c具备配置在中心部309a与外周部309b之间的圆环带状部309d ；连结圆 环带状部309d与中心部309a的架桥部309e ；连结圆环带状部309d与外周部309b的架桥 部309f。成对的架桥部309e以俯视90度间隔配置。而且，架桥部309f也以俯视90度间 隔配置。因此，图9至图12中的连结部309c俯视大致具有将十字形状与圆形组合起来的 形状。其中，连结部309c的具体的结构并不局限于图9至图12，只要通过形成为非直线状 而较长设定路径长度的多个路径来连结中心部309a与外周部309b即可。具备图9至图12的探测器1的臂安装部320具备下侧板部320a ；隔开间隔配置 在该下侧板部320a的上方的上侧板部320b ；连结下侧板部320a与上侧板部320b的两端 的一对纵杆320c。下侧板部320a、上侧板部320b及纵杆320c分别相当于图1至图7的探 测器1的臂安装部120中的下梁部120a、上梁部120b及纵梁部120c。在下侧板部320a的 下表面上以垂下的方式安装有臂122，该臂122在下端具有触针121。上侧板部320b的上 表面上安装有反光镜123。触针121、支点部件42的尖端及反光镜123配置在同一轴(臂 122的轴线)上。在将相互平行配置的板簧309A、309B夹设在臂安装部320与摆动部3之间这一方 面，图9至图12的探测器1与图1至图7相同。然而，图9至图12的探测器1的两个板簧相对于摆动部3所具备的支点部件42的上下方向的配置与图1至图7的探测器1不同。具 体来说，在图1至图7的探测器1中，两个板簧9A、9B相对于摆动部3所具备的支点部件42 都位于上方。相对于此，在图9至图12的探测器1中，一个板簧309A位于比支点部件42 靠下方，另一个板簧309B位于比支点部件42靠上方。臂安装部320的上侧板部320b的上表面上固定有板簧309B的中心部309a。另 一方面，臂安装部320的下侧板部320a的下表面上固定有板簧309A的中心部309a。在该 例中，板簧309A、309B通过利用螺钉326固定圆环带状的弹簧按压件325A、325B而固定在 臂安装部320上。但是，只要能够确保必需的安装强度即可，将板簧309A、309B向臂安装部 320固定的形态并未特别限定。上侧的板簧309B固定在摆动部3的下部件11上，下侧的 板簧309A固定在上侧的板簧309B上。具体来说，在俯视时隔着臂122相对向的两个部位 上，上侧的板簧309B的外周部309b的下表面与下部件11的上表面之间夹设有短圆筒状的 间隔件313A，下部件11的下表面与下侧的板簧309A的上表面之间夹设有长圆筒状的间隔 件313B。并且，两个板簧309A、309B、下部件11及两个间隔件313A、313B通过螺钉327 — 起紧固。而且，在俯视时隔着臂122相对向的其它两个部位上，在上侧的板簧309B的下表 面与下侧的板簧309A的上表面之间夹设有长圆筒状的间隔件313C。间隔件313C的长度相 当于间隔件313A、313B的长度与下部件11的厚度的和。并且，两个板簧309A、309B和间隔 件313C通过螺钉328 —起紧固。图9至图12所示的代替方案的探测器1具有以下的特征。首先，板簧309A的中 心部309a固定在下侧板部320a上，板簧309B的中心部309a固定在上侧板部320b上。通 过所述板簧309A、309B相对于臂安装部12的安装结构，能够增大作为探测器1整体的水平 方向的刚性，能够进行更高精度的测定。而且，通过 将连结各个板簧309A、309B的中心部 309a与外周部309b的连结部309c形成为非直线状，能够较长设定从板簧309A、309B的中 心部309a到摆动部3的路径，其结果是能够更小地设定板簧309A、309B的刚性。进而，通 过以上下隔着支点部件42的方式配置两个板簧309A、309B，能够减少测定力的反作用力的 水平分量产生的两个板簧的变形所引起的测定误差。关于该点在下面进行详细叙述。在图9至图12所示的代替方案的探测器1中，在板簧309A、309B上安装粘弹性 体330B、330A特别参照图9)。粘弹性体330A、330B由各种橡胶、海绵、减振材料等具有振 动减衰性的材料构成。在该代替方案中，粘弹性体330A、330B为具有与板簧309A、309B相 同形状的板状，通过双面胶带固定在板簧308A、309B的单侧面上。也可以采用粘结等的其 它固定方法。而且，也可以通过对板簧308A、309B涂敷适当的材料来形成粘弹性体330A、 330B。参照图9，粘弹性体330A在下侧的板簧309A的下表面上整体配置在与螺钉43等其 它要素不产生干涉的区域。另一方面，粘弹性体330B在上侧的板簧309B的上表面上整体 配置在与其它要素不产生干涉的区域。由于减小板簧309A、309B的铅垂方向的刚性，有板 簧309A、309B产生由装置自身的振动的传播或测定物的面特性的影响引起的振动的担心。 该板簧309A、309B的振动是触针121产生意料外的位移而测定精度的下降的原因。然而， 通过事先在板簧309A、309B上固定粘弹性体330A、330B，能够吸收板簧309A、309B的振动而 迅速减衰，能够防止振动引起的触针121的意外的位移，提高测定精度。粘弹性体的固定位 置并不局限于图9，安装在与板簧的振动特性相吻合的适当的位置能得到振动吸收的效果。接下来，说明具备本实施方式的探测器1的形状测定装置。
通常，形状测定装置是如下的装置使探测器与测定物60接触，以使向被测定面 61a、61b按压触针的测定力大致恒定的方式，一边控制所述探测器移动，一边使其沿被测定 面61a、61b移动，利用激光测长器和基准平面反光镜，基于探测器与基准面的位置关系，测 定、运算被测定面61a、61b的表面形状。作为此种形状测定装置的一例，如图13所示，是将测定物60固定在平台上而使探 测器沿X轴、Y轴及Z轴整个方向移动的类型。图13所示的形状测定装置201具备台295，该台295设置在石平台292上且具 有在X轴及Y轴方向上可动的X-台2951及Y-台2952。该台295上载置Z-工作台293、 He-Ne激光(激光产生部)210及测定点信息决定部220。由此，台295能够使Z-工作台 293、He-Ne激光210及测定点信息决定部220在X轴及Y轴方向上移动。关于测定点信息决定部220，参照图13及图14进行详细说明。如图14所示，测定 点信息决定部220具有用于获得测定面61a、61b的位置信息的光学系统221 ；反光镜位置 倾斜检测部226 ；触针位置运算部223 ；位置坐标测定部224 ；加算部225。其中，构成反光 镜位置倾斜检测部226和光学系统221的一部分的二向色镜2211a与探测器1 一起安装在 Z-工作台293的可动侧。所述反光镜位置倾斜检测部226、触针位置运算部223、位置坐标 测定部224及加算部225是相当于所述激光测长器的部分，是与光学系统221连接并用于 求出实际位置信息的构成部分。产生He-Ne激光210的测定用激光211为了求出测定物60的测定面61a、61b (参 照图1)的三维坐标位置，而由光学系统221分光为四个。为了检测台295的X轴方向及Y 轴方向上的移动量即被测定面61a、61b的X轴方向及Y轴方向的坐标值，虽然未图示，但是 第一光学系统221a具有具有由与X轴方向正交的镜面构成的基准面的X轴基准板；具有 与Y轴方向正交的镜面所形成的基准面的Y轴基准板。而且，第一光学系统221a上还设有 由与Z轴方向正交的镜面构成的Z基准板229。各基准板的基准面的平坦度为0. 01精密 级。在被测定面61a、61b的形状测定方法中，例如日本特开平10-170243号公报所述， 使用如下公知的激光测长方法对X轴、Y轴及Z轴的各基准面照射激光，通过计数照射的 激光与由各基准面反射的激光的干涉信号，来检测反射的激光的相位的变化。更具体来说， 在该激光测长方法中，例如日本特开平4-1503号公报所公开那样，利用棱镜等分光部件将 对各基准面照射的激光分为参照光和测定光，并且使参照光与测定光的相位错开90度。然 后将测定光向基准面照射而使其反射，对返回的反射光与参照光的相位的偏差产生的干涉 光进行电检测，根据得到的干涉条纹信号，作成利萨如图形，由此测定基准点与所述基准面 的距离。位置坐标测定部224是执行此种测长方法的部分，具有进行被测定面61a、61b中 的测定点的X坐标值、Y坐标值及Z坐标值的测长的检测部224a 224c。在本实施方式 中，如图13所示，使台295相对于石平台292上载置的测定物60移动，能够将上述测定点 的X坐标值、Y坐标值及Z坐标值变换成Z-工作台293上安装的探测器1的安装用部件2 的绝对位置坐标值。在本实施方式中，检测部224c是进行探测器1的触针121的Z坐标值的测长的部 分，作为触针位置测定器起作用。以下，关于该点进行详细叙述。如图14所示，将测定用激光211的一部分隔着聚焦透镜17向Z-工作台293的下端安装的探测器1的臂安装部120 上安装的反光镜123的中心点照射。照射的激光211由反光镜123反射，该反射光211b不 是由光分离部2211所具备的二向色镜2211a反射而是透过该二向色镜2211a，由半透半反 镜2211b反射，向检测部224c照射，从而能够进行触针121的Z坐标值的测长。将基于位置检测部224a 224c的检测结果的位置坐标测定部224的运算结果 (本实施方式中的安装用部件2的X轴及Y轴坐标值和触针121的Z轴坐标值)和基于反 光镜位置倾斜检测部226的检测结果的触针位置运算部223的运算结果通过加算部225相 加来计算被测定面61的形状。反光镜位置倾斜检测部226检测与摆动部3的倾斜相伴的 触针121的位移(X轴及Y轴方向)和与臂安装部120的铅垂方向的位移相伴的触针121 的位移(Z轴方向)。以下，说明反光镜位置倾斜检测部226及触针位置运算部223。反光镜位置倾斜检 测部226具备向反光镜123照射的半导体激光227、倾斜角度检测部222、上下位置检测部 228。与He-Ne激光210不同的波长的半导体激光(激光产生部)227的激光229隔着二向 色镜2211a向反光镜123照射。激光229的由反光镜123反射的反射光229b在由二向色 镜2211a反射后，向倾斜角度算出部222和上下位置检测部228入射。倾斜角度检测部222由光检测器构成，该光检测器具有接受反射光229b并将其变 换成电信号的倾斜检测受光面2221，倾斜检测受光面2221被划分成分别独立地进行光电 变换的多个受光区域。在本实施方式中，如图15所示，将倾斜检测受光面2221呈格子状即 十字状地划分成四个受光区域222a 222d。此外，受光区域的个数及形状并不局限于图示 的方式，能够基于与测定精度等的关系而适当设定。非测定时，探测器1的臂122沿铅垂方向配置。由此，在非测定时，反射光229b与 沿铅垂方向向反光镜123照射的半导体激光227的激光229的光轴平行前进，由二向色镜 2211a反射而向倾斜角度检测部222的倾斜检测受光面2221的中央部照射。此时的倾斜检 测受光面2221的反射光226b的照射区域由图16中虚线所示，为非测定时照射区域2222。另一方面，如探测器1的说明所述，由于铅垂面即被测定面61a的测定通过以大致 恒定的测定力将触针121向被测定面61a按压而进行，因此，如上所述，探测器1的摆动部 3相对于安装用部件2倾斜。摆动部3倾斜时，反射光229b与激光229的光轴交叉而向反 光镜2211a前进，并在倾斜角度检测部222的倾斜检测受光面2221中向偏离中央部的基准 照射区域2223照射。而且，如上所述测定时，摆动部3以支点部件42的尖端为支点，并未 限定于特定方向而在任何方向上都能够摆动。由此，当成为测定对象的例如纳米级的微细 的凹凸在被测定面61a上完全不存在时，如图16所示，基准照射区域2223位于以倾斜检测 受光面2221的中心点2221a为中心的恒定半径的圆的圆周2224上。与反射光229b向倾斜检测受光面2221的照射相对应地，倾斜角度检测部222产 生电信号，但是由于倾斜检测受光面2221被划分成四个受光区域222a 222d，因此根据反 射光229b的照射部位，能够检测摆动部3的倾斜角度。即，受光区域222a为“A”，受光区 域222b为“B”，受光区域222c为“C”，受光区域222d为“D”时，关于从各受光区域222a 222d得到的电信号，通过进行(A+B)-(C+D)能够求出X轴方向上的摆动部3的倾斜角度，通 过进行(A+D)-(B+C)能够求出Y轴方向上的倾斜角度。如此，倾斜角度检测部222关于从 各受光区域222a 222d得到的电信号，进行(A+B)-(C+D)及(A+D)-(B+C)，并将所述计算结果作为角度信号向所述触针位置运算部223送出。触针位置运算部223将所述角度信号变换为探测器1所具备的触针121的位移量。另一方面，实际上，由于被测定面61a上存在所述微细凹凸，如图16中位移照射区 域2225所示，与所述微细凹凸相对应地，对偏离圆周2224的位置照射反射光229b。然后， 与上述基准照射区域2223的情况相同地，通过将反射光229b向位移照射区域2225照射， 倾斜角度检测部222送出角度信号，触针位置运算部223求出触针121的对应于所述微细 凹凸的位移量。因此，通过求出与基准照射区域2223相对应的触针121的基准位移量和与 位移照射区域2225相对应的凹凸位移量的差，能够求出所述微细凹凸的尺寸。此外，作为该测定方法的前提，以支点部件42的尖端为支点，摆动部3在任何方向 上都能够摇头而倾斜，其中，需要使所述基准位移量恒定或大致恒定。即，由于摆动部3在 任何方向上都能够摆动，因此倾斜检测受光面2221中的反射光229b的照射区域在测定时 沿例如所述圆周2224移动。在这种状况下，反射光229b基本上一直对基准照射区域2223 照射，即在摆动部3向任何方向摆动的情况下，都需要使摆动部3的倾斜角度α恒定或大 致恒定。因此，测定时，由控制装置280控制台295的驱动部294，如图17及图18所示，需 要使摆动部3相对于与触针121的扫描方向121a垂直的方向121b的倾斜β为恒定的方 式，控制台295的移动量及移动方向而修正扫描方向121a。如上所述，利用触针位置运算部223求出被测定面61a的测定点的所述微细凹凸 的尺寸，同时，如上所述，利用所述位置坐标测定部224求出测定面61a的测定点的X坐标 值、Y坐标值及Z坐标值。由此，加算部225对由位置坐标测定部224求出的测定面61a的 测定点的X坐标值、Y坐标值及Z坐标值和由触针位置运算部223求出的触针121的位移 相加，求出测定面61a上的测定点的测定X坐标值、测定Y坐标值及测定Z坐标值。S卩，由 位置坐标测定部224求出的测定点61a的X坐标值、Y坐标值及Z坐标值为XI、Yl、Zl，由 触针位置运算部223求出的测定点的触针121的位移的X坐标值为(A+B)-(C+D)及Y坐标 值为(A+D)-(B+C)时，由加算部225求出的所述测定X坐标值、测定Y坐标值及测定Z坐标 值为 Xl+ {(A+B) - (C+D)}、Yl+ {(A+D) - (B+C)}、Zl。如图所示，触针121为球状，因此所述测定X坐标值、测定Y坐标值及测定Z坐标 值是触针121的中心坐标。因此，测定点61a的真实的坐标值是在与探测器1的扫描方向 垂直的方向上偏移了触针121的半径值的值。反光镜位置倾斜检测部226所具备的上下位置检测部228根据来自反光镜123的 反射光229b，检测反光镜123相对于安装用部件2的上下方向的位移。检测方法能够以使 用日本特开2008-292236所公开的全息图的方法等公知的技术进行。关于如上所述构成的形状测定装置201的动作，即，相对于测定物60的被测定面 61a、61b的形状测定方法，如下所述进行说明。该形状测定方法由控制装置280的动作控制 来执行。首先，说明测定铅垂面即被测定面61a的情况。如上所述，使触针121与被测定面 61a接触，并进一步以例如约0. 3mN( = 30mgf)的测定力使触针121按压被测定面61a的方 式，相对于测定物60，对具有安装了三维形状测定用探测器1的Z-工作台293的台295进行 相对配置。由此，在反光镜位置倾斜检测部226的倾斜检测受光面2221上，将反射光226b向基准照射区域2223照射，如上所述，利用触针位置运算部223及位置坐标测定部224，通 过加算部225，求出被测定面61a的测定点的基准的X坐标值、Y坐标值及Z坐标值。例如，以测定物60为圆筒形并对其外周面进行一周测定的情况为例时，如上所 述，以将图17及图18所示的摆动部3相对于垂直方向121b的倾斜β维持为恒定或大致 恒定的方式，即，以使摆动部3在任何方向上都可以倾斜并将摆动部3相对于铅垂方向的倾 斜α维持为恒定或大致恒定的方式，利用控制装置280控制台295的驱动部294，从而控制 台295向X轴方向及Y轴方向的移动量及移动方向。此外，在本实施例中，通过调整成使触 针121前端的位移保持为10 μ m的角度，能够将测定力保持为0. 3mN。如此，关于被测定面61a的整周，以使摆动部3进行所谓摇头运动或旋进运动的方 式，进行被测定面61a的测定。由此，反射光226b使倾斜角度检测部222的倾斜检测受光 面2221中的各受光区域222a 222d沿例如所述圆周2224而形成一周。此时，与被测定 面61a的所述凹凸相对应地，反射光211b的照射区域从基准照射区域2223向位移照射区 域2225移动。基于此种测定动作，如上所述，利用触针位置运算部223及位置坐标测定部224， 通过加算部225，求出被测定面61a的测定点的包含所述凹凸在内的所述测定X坐标值、测 定Y坐标值及测定Z坐标值。接下来，说明测定水平面即被测定面61b的情况。这种情况下，将触针121向被测 定面61b按压的测定力需要沿铅垂方向向下产生。而且，为了高精度地进行测定，需要使沿 铅垂方向向下的测定力恒定。利用控制装置280驱动驱动部294而使台295沿水平方向移 动，并且，基于反光镜位置倾斜检测部226的上下位置检测部228的检测结果，以使反光镜 123的铅垂方向的位移量为恒定的方式使Z-工作台293动作。例如，非测定时的板簧9A、 9B的弯曲为100 μ m时，在测定时控制为90 μ m的弯曲，由此，能够将测定力保持为5mN。而 且，随着被测定面61b的微小的位移，触针121也进行上下移动，因此利用作为与触针121 一体移动的反光镜123的Z坐标的测长部起作用的检测部224c的检测值，能够测定测定物 的微小位移。另外，测定距水平面的倾斜变大的情况例如45度左右的倾斜时，沿铅垂下方产生 按压力的情况下，虽然触针121的臂122产生倾斜，但是由于能够通过倾斜角度检测部222 检测出臂的倾斜，因此通过将该倾斜量换算成触针位移并加以修正，能够进行高精度地测定。但是，通过以上的方法进行测定时，臂安装部120与摆动部3之间夹设的弹性部 (本实施方式中的板簧9A、9B)的扭力或水平方向位移无法检测，从而形成测定误差。弹性 部的水平方向的刚性小时，弹性部的扭力或水平方向的位移容易产生。如图19所示，能够 由一个板簧9构成弹性部9。然而，在该结构中，由于作用于触针121的测定力的反作用力 的水平的水平分量，而板簧9上容易产生扭力，该扭力成为臂安装部120的水平方向的位移 或摆动中心的偏差。相对于此，在本实施方式中，由于由两个板簧9A、9B构成弹性部，因此 水平方向的刚性比铅垂方向的刚性充分大，从而减少弹性部的扭力或水平方向的位移。换 言之，如图20示意性所示，臂安装部120构成为尽可能仅在铅垂方向上位移而在水平方向 上不位移。若形成为将三个以上的板簧在铅垂方向上相互隔开间隔配置的结构，则能够进 一步提高水平方向的刚性，减少弹性部的扭力或水平方向的位移。此外，参照图8进行说明，可以将板簧9A、9B形成为长方形状，但是这时长方形的短边方向的刚性变小，因此如本 实施方式的板簧9A、9B所示，更优选使多个梁状部9b为从中心部9a呈放射状延伸的结构 (十字形状)。如所述图9至图12所示的代替方案那样，通过利用非直线状的连结部309c进行 连结而较长地设定从板簧309A、30B的中心部9a到外周部9b的路径长，由此能够确保水平 方向的刚性并减小铅垂方向的刚性，从而能够减少测定力。通过减小板簧的刚性，虽然产生 装置自身的振动的传播或测定物的面特性的影响引起的振动，但是在与板簧的振动特性相 吻合的适当的位置上安装粘弹性体，能够有效地吸收振动。铅垂面测定时，由于作用于触针121的测定力的反作用力的水平分量，而在构成 弹性部的两个板簧上产生水平方向的微小变形时，与臂122的长度相对应地，两个板簧的 变形引起的触针121的旋转中心的位置不同。然而，如所述图9至图12的代替方案那样，以 隔着支点部件42的方式上下配置两个板簧309A、309B，由此能够减少测定力的反作用力的 水平分量产生的两个板簧309A、309B的变形所引起的测定误差。尤其是，在图10中如符号 L所示，通过以在大致均等的位置隔着支点部件42的尖端的方式上下配置两个板簧309A、 309B，能够更有效地减少作用于触针121的测定力的反作用力的水平分量产生的两个板簧 309A.309B的变形所引起的测定误差。无论是如图21A所示在两个板簧309A、309B都位于比支点部件42靠上方且两者 的间隔窄的情况下(相当于图1至图8)，还是如图22A所示在两个板簧309A、309B都位于 支点部件42的上方且两者的间隔宽的情况下(相当于图9至图12)，两个板簧309A、309B 相对于测定力的水平分量(水平力Fh)的阻力都大于两个板簧309A、309B相对于测定力的 反作用力的垂直成分(垂直力Fv)的阻力。然而，如图21A所示，在板簧309A、309B之间的 间隔窄时，相对于水平力Fh的阻力并未充分大于相对于垂直力Fv的阻力，从而由于水平力 Fh而在板簧309A、309B上容易产生扭力。相对于此，如图21B所示，板簧309A、309B之间的 间隔宽时，相对于水平力Fh的阻力充分大于相对于垂直力Fv的阻力，在板簧309A、309B上 难以产生扭力。而且，这种情况下，水平力Fh产生的两个板簧309A、309B的弯曲所引起的 触针121的旋转中心在支点部件42的尖端附近，因此板簧309A、309B的弯曲对测定精度的 影响小。根据以上的理由，通过以隔着支点部件42的方式上下配置两个板簧309A、309B，能 够更有效地减少测定误差。如上所述，根据所述构成的三维形状测定装置用探测器1，由于使用磁铁产生的磁 力非接触地将在水平的任意方向上能够倾斜的摆动部3保持在中立位置，并且使触针121 按压测定物60的力即测定力微小地发生，因此，难以产生意外的冲击引起的破损。并且在 可动侧磁铁51、固定侧磁铁52的吸引力的作用下，成为按压连结机构4的圆锥槽41a和由 尖端构成的支点部件42的结构，因此支点的错位少。由此，本探测器1的触针121的轴并 不局限于铅垂方向，也能够在倾斜的状态下使用。而且，由于像电磁铁那样不流动电流，因 此结构简单，也没有电热影响。另外，根据本实施方式的形状测定装置201，在三维形状测定用探测器1中，具有 触针121的摆动部3能够进行所谓摇头运动或旋进运动。因此，进行测定物60的例如内周 面的测定时，不使测定物60旋转，而使探测器1沿X轴方向及Y轴方向移动，就能够进行所 述内周面的测定。由此，在测定装置中，不采用复杂结构，在测定物60的侧面的任何倾斜方向上都能够进行形状测定。而且，不必使测定物60旋转，因此不会产生测定物60的中心轴 的偏心的问题，能够实现被测定面的测定误差的减少。由此，能够测定例如透镜的外径或孔 径等，而且，例如图22及图23所示的形成在流体轴承那样的测定物60上并收容润滑剂的 槽部55的形状也能够测定。此外，同时也能够进行水平面的测定，因此也能够高精度地测 定孔的相对于水平面的直角度。由此，形状测定装置201在面向精密及微细化的产业的发 展中能够作出较大的贡献。本发明并不局限于所述实施方式，而能够以其它各种方式实施。以下，关于其它的 方式，进行例示。摆动部3的结构只要是通过支点在载置台41上配置成能够摆动的结构即可，并不 局限于上述的结构。例如，在所述实施方式中，支点部件是设置成突起状的部件且该突起的 前端陷入圆锥形的槽内，但也可以在载置台上设置朝上方的突起状的部件，并将设置在摆 动部件上的圆锥槽作为支点部件。在所述实施方式中，使用可动侧磁铁51与固定侧磁铁52形成的吸引力，但是即使 固定侧、可动侧中任一方不是磁铁而作为磁性体的情况下，也能得到相同的效果。在所述实施方式中，将板簧9A、9B的端部(梁状部9b的前端)固定在摆动部3 上，在中心部9a上固定有臂安装部120，但是也可以相反地，在板簧的端部上固定臂安装部 120，而将中心部固定在摆动部3上。在所述实施方式中，也可以设置非接触位移传感器作为臂122的倾斜检测。作为 传感器的种类，考虑静电容量型的部件。由此，能够检测到以摆动部3的支点为中心的XY 两方向的倾斜。在所述实施方式的形状测定装置201中，将测定物60固定在石平台292上，使三 维形状测定用探测器1在Χ、γ、ζ轴方向上移动，但是也可以相反地，固定三维形状测定用探 测器1而使测定物60移动。总之，使测定物60与探测器1进行相对移动即可。产业上的可利用性本发明不仅在铅垂面的测定时而且在水平面的测定时，都能够以小按压力进行测 定，而且，通过减少探测器内的反光镜的水平方向的位移，能够高精度地测定测定物的形 状。不仅能够适用于任意形状的孔的内面或孔径的测定、及任意形状的外侧面的铅垂面的 形状测定，而且能够适用于以高精度及低测定力对水平面的形状测定进行扫描测定的形状 测定装置的形状测定用探测器。
权利要求
一种三维形状测定装置用探测器，具备臂支承部，其将在下端配置有与测定物的被测定面接触的触针的臂安装成垂下，并且安装有反光镜；弹性部，其安装所述臂支承部，在弹性变形的作用下使所述臂支承部沿铅垂方向进行微小移动，且水平方向的刚性比铅垂方向的刚性大；摆动部，其保持所述弹性体；安装部，其安装在三维形状测定装置上；连结机构，其具备设置在所述摆动部上的支点部和设置在所述安装部上而载置所述支点部的载置部，将所述摆动部连结在所述安装部上，使所述摆动部能够以所述支点部为支点摆动；施力机构，其具备设置在所述摆动部上的可动侧部件和设置在所述安装部上而相对于所述可动侧部件在铅垂方向上隔开间隔相对向的固定侧部件，所述可动侧部件和所述固定侧部件产生磁吸引力，通过该磁吸引力对所述摆动部施力以使所述臂朝向铅垂方向。
2.根据权利要求1所述的三维形状测定装置用探测器，其中， 所述弹性部由单一的板簧构成。
3.根据权利要求1所述的三维形状测定装置用探测器，其中， 所述弹性部具备上下方向隔开间隔配置的两个以上的板簧。
4.根据权利要求3所述的三维形状测定装置用探测器，其中， 所述触针、所述支点部及所述反光镜配置在同一轴上，所述反光镜配置在比所述触针及所述支点部靠上方，相对于所述支点部载置在所述载置部上的位置，构成所述弹性部的所述两个板簧的一 个配置在下方而另一个配置在上方。
5.根据权利要求2或3所述的三维形状测定装置用探测器，其中，所述板簧具备安装所述臂支承部的中心部；从该中心部呈放射状延伸而前端固定在 所述摆动部上的多个梁状部。
6.根据权利要求2或3所述的三维形状测定装置用探测器，其中，所述板簧具备安装所述臂支承部的中心部；固定在所述摆动部上的外周部；分别连 结所述中心部与所述外周部的非直线状的多个连结部。
7.根据权利要求2 4中任一项所述的三维形状测定装置用探测器，其中，具备粘弹性体，该粘弹性体安装在所述板簧上且具有与所述板簧的振动特性相吻合的 形状。
8.—种三维形状测定装置，具备权利要求1所述的三维形状测定装置用探测器； 激光产生部，其产生测定用激光；测定点信息决定部，其基于通过所述反光镜反射所述测定用激光而成的反射光，求出 测定物的被测定面的测定点的位置信息。
9.根据权利要求8所述的三维形状测定装置，其中， 所述测定点信息决定部具备倾斜角度检测部，其根据所述反射光，检测所述摆动部的倾斜角度；触针位置运算部，其将由所述倾斜角度检测部得到的角度信号变换为所述触针相对于 所述安装部的位移量；位置坐标测定部，其根据所述反射光，求出所述测定点相对于所述安装部的位置坐标值；加算部，其在所述位置坐标值中加上所述触针的位移量，求出所述测定点的位置信息。
10.根据权利要求9所述的三维形状测定装置，其中，所述倾斜角度检测部具有接受所述反射光的光检测器，该光检测器具有一个受光面， 该受光面划分成多个分别独立地进行光电变换的受光区域。
全文摘要
三维形状测定装置用探测器(1)具备安装用部件(2)、摆动部(3)、连结机构(4)、臂安装部(120)、板簧(9A、9B)。在下端配置有触针(121)的臂(122)在臂安装部(120)上安装成垂下。臂安装部(120)隔着板簧(9A、9B)保持在摆动部(3)上。摆动部(3)通过连结机构(4)连结在安装用部件(2)上，且在水平方向上能够偏斜。由于摆动部(3)的可动侧磁铁(51)与安装用部件(2)的固定侧磁铁(52)之间的磁吸引力，使摆动部(3)复位到臂(122)沿铅垂方向延伸的中立位置的复位力起作用。铅垂面测定时的测定力通过固定侧磁铁(52)与可动侧磁铁(51)之间的磁吸引力得到。水平面测定时的测定力通过使板簧(9A、9B)在铅垂方向上弯曲得到。
文档编号G01B21/20GK101886922SQ201010176718
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年5月15日
发明者八日市屋元男, 舟桥隆宪, 荒木贵久 申请人:松下电器产业株式会社